固体杂质对原油管道设备影响因素分析

刘天巍(国家管网集团西部管道甘肃输油气分公司，甘肃 兰州 730030)

0 引言

长输原油管道线路长，途径设置多座加压站场，管道上游由于储备、注入、增压、清管等多个操作环节的原因，会导致一些固体杂质进入到管道内随之带入下游站场，杂质的存在从而使管道各类设备出现机械损伤故障。尤其管道的终端即输油末站的减压、截断阀门及计量等设备的损伤是整条管线受损最为严重的地方，经过6年的数据收集汇总发现焊渣、铁锈、沙子、木屑、橡胶条(天然橡胶或天然乳胶)、塑料薄膜、油漆涂层脱落块等都是形成整个杂物的主要组成部分，这些固体杂质严重影响了原油管道设备的正常运行。

1 原油管道内的常见固体杂质

1.1 固体杂质的主要组成

在干线原油管道清管作业过程中，发现有一些固体杂质在管道之内，其主要是金属缠绕垫V形或W形薄钢带、螺帽、砂石、焊渣、铁锈、泥沙、木屑、塑料薄膜等，大部分主要附着在过滤器滤网的表面或沉积在强制密封阀的阀体底部等部位。

1.2 管道内固体杂质的形成

(1)由于上游首站原油储罐本体及设备附件腐蚀产生的一些锈蚀物，在油品外输注入管道过程中没有彻底过滤完毕，导致固体杂物由管道冲至下游站场。

(2)长输原油管道的中间截断站场或阀室在日常设备设施维检修作业时产生的石棉垫等各类杂物没有彻底清理干净，或意外留存在管道被输送至管道下游站场。

(3)长输原油管道在建设期由于施工质量监管不严等原因导致一些杂物进入管道内，包括木方、渣土等，加之后期管道投产过程中管线吹扫不彻底，部分重量较大的石块或铁渣等没有被完全排出管道外，当正式运行后高压力、大排量的原油将留存在管道内的杂物带入下游站场。

(4)由于管道在建设时期物资到货没有做好防护，露天存放时间较长，没有对管道和各类管件做好防腐措施，以及后期进行水压测试完毕后没有及时投用管道，造成管道内壁腐蚀产生大量锈渣，在管道投用后杂质被冲入下游站场。

(5)管道在运行过程中计划性的管道清管作业或内检测作业时，清管器皮碗或检测器钢刷将管道内壁焊口位置的焊渣、焊瘤、铁屑等刮下，大量的固体硬质颗粒物输送至下游站场及油库。

2 原油管道内固体杂质对管道设备的损伤

2.1 管道内固体杂质对管道阀门的损伤

(1)管道内固体杂质对球阀的损伤。长输管道干线阀室及进站高压区等关键部位都使用球阀，长期使用后发现管内固体硬质颗粒物会随着阀门运行时的开关操作，导致球阀的阀座密封圈和球面出现刮伤，最终导致阀门出现内漏[1-2]，从而影响工艺操作及维检修工艺能量隔离，内漏的产生对油库储存油品质量控制也造成了很大影响。(2)管道内固体硬质杂质对减压阀的损伤。运行过程中固体杂质被带入减压阀后会对减压阀的流体通道造成一定堵塞[3]，特别是阀笼下部20%～30%的过流孔被介质中的金属硬质颗粒物堵塞，当阀门PID自动或手动调节时开关动作再次造成阀芯的二次磨损，甚至部分杂物被挤压在阀芯与阀笼之间，从而造成减压阀阀芯卡阻，阀门损坏。(3)管道内固体杂质对四通阀及强制密封阀的损伤。为保障油品贸易交接的准确性，强制密封阀和四通阀作为不可缺少的阀门使用类型，但长期运行发现，四通阀及强制密封阀出现开关卡阻、内漏现象，对油品精确计量造成很大的影响。经阀门解体检查发现，阀瓣浇筑的橡胶密封面有多处挤压损伤和割裂伤，阀门底板堆积大量硬质金属颗粒物和泥沙，从而判断固体杂质是造成阀门内漏及卡阻的真正原因。(4)管内固体杂质损伤容积式刮板流量计。原油刮板流量计主要承担动态计量交接工作，是一种精密的计量设备。运行中当含有杂质的原油进入刮板传动齿轮、齿面之间后，长期运行造成传动齿轮组的齿面磨损或齿尖研磨切削，同时带有杂质的原油进入动齿轮下端面的垫片处，齿轮高速旋转加速了齿轮和支撑座之间的磨损，最终造成流量计表头不计数。因此固体杂质的存在将直接影响刮板流量计使用寿命，也是造成其故障的主要原因。(5)管道内固体杂质对氮气式水击泄压阀及轴流式单向阀的损伤。在长输原油管道站场都安装有氮气式水击泄压阀和轴流式单向阀，其两种阀门的密封组件结构上大致相似，在长期运行中发现管内沉积的硬质固体颗粒物会在运行中挤压夹杂在水击泄压阀和单向阀的阀腔密封面及阀芯组件处，加之频繁的预紧回座力从而造成泄压阀或单向阀阀芯表面出现划伤或密封圈咬裂现象，进一步造成阀门出现内漏，阀门失效，因此固体硬质杂物也是造成泄压阀和单向阀内漏故障的主要原因。

2.2 管道内固体杂质对压力泵的损伤

(1)固体杂质对离心式输油泵的损伤。输油泵运行时，原油内的固体颗粒物杂质在悬液分离器内高速旋转冲刷，导致悬液分离器内壁很快被冲蚀，悬液分离器的失效最终导致机械密封损坏[4]。与此同时，油品中的硬质固体杂质被输油泵叶轮带入泵壳体口环和叶轮口环间隙位置，叶轮高速的旋转摩擦造成口环的损伤，导致输油泵效能下降。(2)管内固体杂质对长杆污油泵的损伤。LPY型长杆污油泵在原油管道站场使用较多，吸液管及叶轮深入污油罐的下部，日常运行中发现污油泵多次出现出口流量不够的现象，经解体检查发现叶轮流道内堵塞碎石等杂物，因此硬质杂物也是引起污油泵故障的主要原因。(3) 管道内固体杂质对密度计泵的损伤。原油密度检测系统在使用中发现，当管道输送油品中含有较多固体杂质时，内磁转子吸附硬质颗粒物越积越多，直至铁质颗粒和隔离套内环表面接触，内磁转子在外磁转子的驱动下高速旋转，内磁环外吸附的铁质颗粒和隔离套形成高速摩擦，摩擦生热温度变高，隔离套强度在高温下迅速变弱，使密度计泵的内磁环外的隔离套焊缝开裂，油品泄漏导致其不能正常运转。

因此，硬质颗粒物的存在对密度计泵的安全平稳运行影响同样非常巨大。

2.3 管道内固体杂质对光学界面仪功能影响

长输管道输送油品的过程中，为了及时判断混油界面，必须采取可靠的监测手段准确判断混油界面，光学界面仪作为精确判断油品界面的设备之一，但现场长期使用发现光学界面仪探头表面被原油内的油泥覆盖或硬质杂物损伤探头后直接影响检测油品的折射率，无法准确检测油品物性的变化，最终造成油品切割不准确，导致油品质量问题的产生。

3 防止固体杂质对原油管道设备损伤的控制措施

3.1 管道建设期严抓施工质量

对于新建管道工程从管道、管件、阀门等材料进场开始做好防雨防潮措施，并对管道及阀门两头做好封堵防护，避免杂物遗留至管道或阀门内。施工期间管道焊接过程中尽量不要将工具等杂物带入管道之内。后期必须严格把控管道吹扫环节质量关，减少管道内泥沙等固体杂质的残留。

3.2 加强设备维检修及维护保养过程中质量管理

(1)设备维护保养及维检修作业常常需要管线打开，例如管道垫片更换作业，拆除原垫片过程中破碎的垫片有可能就跌入管道内部被冲入下游等类似作业，因此在管线打开的过程中同样存在各类杂物进入管道内的风险，必须杜绝维检修过程中产生的废弃物、螺帽、小的工器具等遗留在管道内，以防后期造成对下游站场管道设备设施的损伤。(2)当过滤器差压升高有堵塞的趋势时要及时进行清理，定期检查滤网是否破损，及时进行更换维修。对于极易被固体杂质刮伤的关键阀门等设备，应在其前的过滤器加装小目数的滤网，并缩短过滤器的清理周期，加强过滤效果。

3.3 针对管道特殊运行工况应采取相应的预防措施

(1)当上游管道开展清管或内检测作业时，要提早对收球筒入口截断球阀进行注脂作业，使润滑脂充分填满注脂通道，避免原油中的杂质卡入阀座及注脂通道内，在后期关闭阀门时造成对球面的损伤。(2)在干线管道动火结束复产时，应提前对减压阀前过滤器进行仔细地检查清理保养，并每2～3年对减压阀进行解体检查，有杂质及时清理，避免造成减压阀二次损伤。

3.4 技术改造

(1)针对管道内铁类杂质较多这一特点，研制过滤器磁力滤芯装置，可以有效将铁质杂物吸附于磁力装置，只要定期开展磁力装置的清理就可以避免大量杂质带入下游，很大程度减少硬质金属杂质对管道中后段设备设施的损伤。(2)优化球阀结构，对球阀的阀座进行改造，新改造阀座将实现清理杂质，填充杂质存留空间，包容偶尔存在的杂质、避免损伤密封面的三大功能。

4 结语

原油管道内的各种固体杂质通过堵塞、卡阻、冲刷、划伤等形式来对原油管道设备设施造成不同程度的损伤，对阀门类及泵类设备损伤较为严重，尤其阀门内漏问题普遍存在而且很难根治，长期影响着安全生产。现场运行中需要完善相关的设备管理制度，加强设备设施运行、维护、检修管理工作，积极探索设备维护保养新方法，创新设备特殊工况运行条件下精心维护的新模式，提高设备管理水平。从根本上防范固体杂质对原油管道设备造成的损伤，保障管道设备设施的安全平稳运行。